DE102006032489B4

DE102006032489B4 - Reaktor mit Zulaufverteilsystem zur anaeroben Abwasserreinigung

Info

Publication number: DE102006032489B4
Application number: DE200610032489
Authority: DE
Inventors: Lukas Menke; Georgios Troubounis; Ulrich KNÖRLE
Original assignee: Meri Entsorgungstechnik Fuer Die Papierindustrie GmbH
Current assignee: Aquatyx Wassertechnik GmbH; Meri Environmental Solutions GmbH
Priority date: 2006-07-13
Filing date: 2006-07-13
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2026-07-14
Also published as: DE102006032489A1

Abstract

Ein Reaktor zur anaeroben Reinigung von Abwasser, insbesondere von Abwasser aus der Papierindustrie, umfasst einen Reaktorbehälter, wenigstens eine im unteren Bereich des Reaktorbehälters angeordnete Zulaufleitung mit jeweils mindestens einer Austrittsöffnung zur Zuführung von zu reinigendem Abwasser in den Reaktor, wenigstens einen Zulaufverteiler zur Vermischung des dem Reaktor zugeführten Abwassers mit dem in dem Reaktor befindlichen Medium, wenigstens einen am oberen Reaktorbehälter angeordneten Überlauf zum Abführen von gereinigtem Wasser sowie wenigstens einen Abscheider, wobei der Zulaufverteiler wenigstens ein Ablenkmittel umfasst, wobei das wenigstens eine Ablenkmittel derart ausgestaltet ist, dass aus der Austrittsöffnung der wenigstens einen Zulaufleitung austretendes Abwasser in eine, vom Reaktorquerschnitt aus gesehen, kreisförmige Strömung umgelenkt wird, und, wobei 10 bis 80% des Reaktorquerschnitts von dem wenigstens einen Ablenkmittel ausgefüllt werden. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur anaeroben Reinigung von Abwasser.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor zur anaeroben Reinigung von Abwasser, insbesondere von Abwasser aus der Papierindustrie, umfassend einen Reaktorbehälter, wenigstens eine im unteren Bereich des Reaktorbehälters angeordnete Zulaufleitung mit jeweils mindestens einer Austrittsöffnung zur Zuführung von zu reinigendem Abwasser in den Reaktor, wenigstens einen Zulaufverteiler zur Vermischung des dem Reaktor zugeführten Abwassers mit dem in dem Reaktor befindlichen Medium, wenigstens einen am oberen Reaktorbehälter angeordneten Überlauf zum Abführen von gereinigtem Wasser sowie wenigstens einen Abscheider. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur anaeroben Reinigung von Abwasser.
Zur Abwasserreinigung sind eine Vielzahl von mechanischen, chemischen sowie biologischen Verfahren und entsprechende Reaktoren bekannt. Bei der biologischen Abwasserreinigung wird das zu reinigende Abwasser mit aeroben oder anaeroben Mikroorganismen kontaktiert, welche die in dem Abwasser enthaltenen organischen Verunreinigungen im Falle von aeroben Mikroorganismen überwiegend zu Kohlendioxid und Wasser und im Falle von anaeroben Mikroorganismen vorwiegend zu Kohlendioxid und Methan abbauen. Dabei werden die biologischen Abwasserreinigungsverfahren in jüngster Zeit zunehmend mit anaeroben Mikroorganismen durchgeführt, weil bei der anaeroben Abwasserreinigung zum einen nicht unter hohem Energieaufwand Sauerstoff in den Bioreaktor eingeführt werden muss und zum anderen bei der Reinigung energiereiches Biogas erzeugt wird, welches nachfolgend zur Energiegewinnung eingesetzt wer den kann. Je nach der Art und Form der eingesetzten Biomasse werden die Reaktoren für die anaerobe Abwasserreinigung in Kontaktschlammreaktoren, UASB-Reaktoren, EGSB-Reaktoren, Festbettreaktoren und Fließbettreaktoren unterteilt. Während die Mikroorganismen bei Festbettreaktoren an ortsfesten Trägermaterialien und die Mikroorganismen bei Fließbettreaktoren auf frei beweglichen, kleinem Trägermaterial anhaften, werden die Mikroorganismen bei den UASB- und EGSB-Reaktoren in Form von sogenannten Pellets eingesetzt. Im Unterschied zu UASB-(upflow anaerobic sludge blanket; anaerobe Aufströmschlammbett)-Reaktoren sind EGSB-(expanded granular sludge bed; expandierte, granuläre Schlammbett)-Reaktoren höher und weisen bei gleichem Volumen eine deutlich kleinere Grundfläche auf, wobei ein Teil des zu reinigenden Abwassers im Kreislauf geführt wird.
Bei den UASB- und EGSB-Reaktoren wird dem Reaktor über einen Zulauf im unteren Reaktorbereich kontinuierlich zu reinigendes Abwasser zugeführt und durch ein oberhalb des Zulaufs befindliches, Mikroorganismenpellets enthaltendes Schlammbett geführt. Beim Abbau der organischen Verbindungen aus dem Abwasser bilden die Mikroorganismen insbesondere Methan und Kohlendioxid enthaltendes Gas (welches auch als Biogas bezeichnet wird), das sich teilweise in Form kleiner Bläschen an den Mikroorganismenpellets anlagert und teilweise in Form freier Gasbläschen in dem Reaktor nach oben steigt. Aufgrund der angelagerten Gasbläschen sinkt das spezifische Gewicht der Pellets, weshalb die Pellets in dem Reaktor nach oben steigen. Um das gebildete Biogas und die aufsteigenden Pellets von dem Wasser zu trennen, sind in dem mittleren und/oder oberen Teil des Reaktors Abscheider zumeist in Form von Gashauben angeordnet, unter deren First sich Biogas ansammelt, welches ein Gaspolster ausbildet, worunter eine Flotationsschicht aus Mikroorganismenpellets und Abwasser befindlich ist. Von Gas und Mikroorganismenpellets befreites, ge reinigtes Wasser steigt in dem Reaktor nach oben und wird am oberen Ende des Reaktors über Überläufe abgezogen. Derartige Verfahren und entsprechende Reaktoren sind beispielsweise in der EP 0 170 332 A1 , EP 1 071 636 B1 , DE 40 42 223 A1 , EP 0 948 463 B1 , WO 2006/132523 A1 und WO 2004/035486 A1 beschrieben.
Besonders wichtig bei den zuvor beschriebenen Verfahren ist die gleichmäßige Verteilung des dem Reaktor über den Zulauf zugeführten Abwassers über den Reaktorquerschnitt, um eine gute Vermischung der in dem Reaktor befindlichen Schlammpellets, des in dem Reaktor befindlichen Wassers und des zugefügten Abwassers zu erreichen. Um diese Erfordernisse zu erfüllen, wurden bereits eine Vielzahl an mit entsprechenden Zulaufverteilern ausgestattetes Reaktoren vorgeschlagen.
Aus der EP 0 539 430 B1 ist ein Bioreaktor mit einem Reaktorbehälter bekannt, welcher an dem unteren Ende des Reaktorbehälters ein wenigstens eine Zulaufleitung umfassendes Zulauf-Einlasssystem aufweist, welches durch eine im Wesentlichen kegelförmig angeordnete Abtrennung von der die Mikroorganismenpellets enthaltenden Reaktionskammer getrennt ist, wobei sich die Abtrennung über den gesamten Reaktorquerschnitt erstreckt. Dabei sind die Ausströmöffnungen der Zulaufleitungen wenigstens teilweise tangential ausgerichtet und an der Abtrennung ist wenigstens ein radialer Schlitz vorgesehen, der durch zwei radiale Kantenstreifen gebildet wird, die einander in einem gewissen vertikalen Abstand überlappen, wobei der wenigstens eine radiale Schlitz eine Verbindung zwischen der Zulauf-Einlasskammer und der Reaktionskammer bildet. Durch die Orientierung der Ausströmöffnung(en) der Zulaufleitung(en) und des wenigstens einen radialen Schlitzes soll eine bezüglich der Reaktorlängsachse kreisförmige Strömung des Zulaufwassers erreicht werden und durch die Anordnung der radialen Schlitze soll insbesondere nach Abschalten des Reaktors ein Eindringen von Feststoffen in das Zulauf- Einlassystem verhindert werden. Allerdings weist dieser Reaktor und das damit betriebene Verfahren eine Vielzahl von Nachteilen auf.
Aufgrund der 100% des Reaktorquerschnitts ausfüllenden Abtrennung zwischen dem Zulauf-Einlasssystem und der Reaktorkammer sammeln sich in dem zugeführten Abwasser enthaltende Feststoffe innerhalb des Zulauf-Einlasssystems an und gelangen nicht in die Reaktionskammer. In dem Zulauf-Einlasssystem, das heißt unterhalb der kegelförmigen Abtrennung, abgelagerter Feststoff ist jedoch nur schwer aus dem Reaktor zu entfernen. Zudem muss für eine Entfernung der Feststoffe aus dem Zulauf-Einlasssystem der Reaktor abgeschaltet werden. Zum anderen kristallisiert in der Reaktorkammer insbesondere bei zu reinigendem Abwasser mit hohem Kalkgehalt an den Pellets Kalk aus, so dass ein Teil der Mikroorganismenschlammpellets, an denen der Kalk kristallisiert, ein hohes spezifisches Gewicht aufweist, so dass diese Pellets in dem Reaktor sedimentieren und sich am unteren Ende der kegelförmigen Abtrennung im Bereich der Reaktorwand absetzen. Auch diese Sedimente lassen sich nur unter höchstem Aufwand aus dem Reaktor entfernen. Zudem verringert sich durch das Sediment an der Reaktorwand der effektive Durchmesser des Reaktors, so dass sich das effektive Reaktionsvolumen verringert. Ferner werden durch die Sedimente mit zunehmender Betriebszeit des Reaktors die radialen Schlitze blockiert bzw. verstopft, was in einem großen Druckanstieg in dem Verteilersystem resultiert. Dies kann dazu führen, dass der Wasserspiegel in dem Gasabscheider signifikant ansteigt, weswegen es zu einem Stau in dem Gasabscheider kommen kann, was zu der Notwendigkeit des Abschaltens des Zulaufs führen kann. Weil aus diesem Grund zudem Kohlendioxid aus dem Gasseparator ausströmt, steigt in dem Gasseparator und in der Abwasserrückführleitung der pH-Wert signifikant an, was zu einer Präzipitation von Kalk in dem Zulaufbereich führt, so dass das Präzipitat nach Stilllegen des Reaktors unter ho hem Kostenaufwand entfernt werden muss. Aus diesen Gründen ist der vorgenannte Reaktor zur Reinigung von feststoffhaltigem Abwasser, wie Abwasser aus der Papierindustrie, das zum einen sedimentierbare Verunreinigungen in Form von Papierfüllstoffen und dergleichen enthält und zum anderen einen hohen Kalkgehalt aufweist, verbesserungsbedürftig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Reaktor mit einem Zulaufverteiler bereitzustellen, mit dem die vorgenannten Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll der Reaktor zur Reinigung von feststoffbeladenem Abwasser, insbesondere von Abwasser aus der Papierindustrie, geeignet sein und eine gleichmäßige Verteilung des Zulaufs über den gesamten Reaktorquerschnitt ermöglichen. Zudem soll eine Verstopfung im Zulaufbereich, insbesondere im Bereich des Zulaufverteilers, zuverlässig vermieden werden und eine Anreicherung von Feststoffen im Bereich des Zulaufverteilers, insbesondere die Bildung von Toträumen aufgrund von Feststoffsedimenten, zuverlässig verhindert werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Reaktor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und insbesondere durch einen Reaktor zur anaeroben Reinigung von Abwasser, umfassend einen Reaktorbehälter, wenigstens eine im unteren Bereich des Reaktorbehälters angeordnete Zulaufleitung mit jeweils mindestens einer Austrittsöffnung zur Zuführung von zu reinigendem Abwasser in den Reaktor, wenigstens einen Zulaufverteiler zur Vermischung des dem Reaktor zugeführten Abwassers oder von recyceltem Material mit dem in dem Reaktor befindlichen Medium, wenigstens einen am oberen Reaktorbehälter angeordneten Überlauf zum Abführen von gereinigtem Wasser sowie wenigstens einen Abscheider, wobei der Zulaufverteiler wenigstens ein Ablenkmittel umfasst, wobei das wenigstens eine Ablenkmittel derart ausgestaltet ist, dass aus der Austrittsöffnung der wenigstens einen Zulaufleitung austretendes Abwas ser in eine, vom Reaktorquerschnitt aus gesehen, kreisförmige Strömung umgelenkt wird, und, wobei 10 bis 80% des Reaktorquerschnitts von dem wenigstens einen Ablenkmittel ausgefüllt werden.
Durch den wenigstens ein Ablenkmittel umfassenden Zulaufverteiler und die derartige Ausgestaltung des Ablenkmittels, dass aus der Austrittsöffnung der wenigstens einen Zulaufleitung austretendes Abwasser in eine vom Reaktorquerschnitt aus gesehen, kreisförmige Strömung umgelenkt wird, wird eine hervorragende Durchmischung des dem Reaktor zugeführten Abwassers mit dem in dem Reaktor befindlichen Medium ermöglicht. Des Weiteren ermöglicht die durch die Ablenkmittel bewirkte Strömungsführung des Zulaufabwassers eine gleichmäßige Verteilung des Zulaufwassers über den gesamten Reaktorquerschnitt. Indem das wenigstens eine Ablenkmittel des Zulaufverteilers weniger als 80% des Reaktorquerschnitts ausfüllt, wird eine vollständige räumliche Trennung des Zulauf-Einlasssystems und der darüber angeordneten Reaktionskammer vermieden, so dass sich zum einen in dem Zulauf enthaltene Feststoffe nicht in dem Bereich des Zulaufverteilers ansammeln, sondern durch die aufwärts gerichtete Strömung in dem Reaktor nach oben strömen, und zum anderen aus dem oberen Reaktorbereich nach unten sinkende Sedimente nicht im Bereich des Zulaufverteilers sedimentieren. Insbesondere wird so die Ausbildung von Toträumen, welche den effektiven Reaktorquerschnitt verringern, vermieden. Insbesondere kann so auch ein Druckanstieg im Verteilersystem zuverlässig verhindert werden, so dass ein Anstieg des Wasserspiegels in dem Gasabscheider vermieden wird. Aufgrund dessen eignet sich der erfindungsgemäße Reaktor insbesondere zur anaeroben Reinigung von feststoffbeladenem Abwasser und insbesondere zur anaeroben Reinigung von Abwasser aus der Papierindustrie, welches sedimentierbare Verunreinigungen in Form von Papierfüllstoffen sowie einen hohen Kalkgehalt aufweist.
Vorzugsweise füllt das wenigstens eine Ablenkmittel 20 bis 70% und besonders bevorzugt 30 bis 60% des Reaktorquerschnitts aus. Darunter wird im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden, dass das Integral des Anteils des/der Ablenkmittel(s) an jeder Querschnittsfläche des Reaktors 20 bis 70% bzw. 30 bis 60% beträgt. Indem das wenigstens eine Ablenkmittel wenigstens 10% bzw. 20% bzw. 30% des Reaktorquerschnitts ausfüllt, wird erreicht, dass das dem Reaktor zugeführte Abwasser in eine stabile, vom Reaktorquerschnitt aus gesehen kreisförmige Strömung umgelenkt wird, so dass eine exzellente Vermischung des dem Reaktor zugeführten Abwassers mit dem im Reaktor befindlichen Medium erreicht wird. Durch die Ausfüllung von maximal 80% bzw. 70% bzw. 60% des Reaktorquerschnitts durch das/die Ablenkmittel wird zudem erreicht, dass in dem zugeführten Abwasser enthaltene Feststoffe durch die kreisförmige, nach oben gerichtete Wasserströmung in den Bereich der Schlammpelletzone des Reaktors aufsteigen und zum anderen aus dem oberen Reaktorbereich herabsinkender Feststoff mit hoher spezifischer Dichte sich nicht im Bereich des Zulaufverteilers ansammelt, sondern bis auf den Reaktorboden absinkt.
Um eine stabile Kreislaufführung des dem Reaktor zugeführten Wassers zu erreichen, hat es sich zudem als vorteilhaft erwiesen, in dem Zulaufverteiler wenigstens zwei Ablenkmittel, besonders bevorzugt zwei bis fünf Ablenkmittel und ganz besonders bevorzugt zwei oder drei Ablenkmittel, vorzusehen. Indem in dem Zulaufverteiler mehrere Ablenkmittel vorgesehen sind, ist es möglich, die einzelnen Ablenkmittel gleichmäßig über dem Querschnitt des Reaktors zu verteilen, so dass in dem Zulaufverteiler, bezogen auf den Reaktorquerschnitt, mehrere ablenkmittelfreie Bereiche vorhanden sind und die Querschnittsfläche der einzelnen Ablenkmittel vergleichsweise gering ist. Dadurch wird ein guter Stoffaustausch zwischen dem unterhalb des Zulaufverteilers angeordnete Reaktorteil und dem darüber befindlichen Reaktorteil ermöglicht und insbesondere sichergestellt, das in dem dem Reaktor zugeführten Abwasser enthaltene Feststoffe über die ablenkmittelfreien Querschnittsbereiche des Zulaufverteilers in den oberen Reaktorteil gelangen können und andererseits aus dem oberen Reaktorteil herabsinkende Feststoffe mit hohem spezifischen Gewicht über den ablenkmittelfreien Querschnitt des Zulaufverteilers in den unteren Reaktorbereich absinken können, ohne sich auf den Ablenkmitteln zu sammeln oder gar den Zulaufverteiler zu verstopfen. Die konkrete Anzahl der Ablenkmittel hängt dabei insbesondere von der Größe des Reaktorquerschnitts ab.
In Weiterbildung des Erfindungsgedanken wird vorgeschlagen, wenigstens eines der Ablenkmittel ringförmig auszugestalten. Durch eine ringförmige Ausgestaltung lässt sich eine Ablenkung des dem Reaktor zugeführten Abwassers in eine kreisförmige Strömung besonders einfach und zuverlässig erreichen.
Unter ringförmig wird im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht nur ein Kreisring verstanden, sondern allgemein ein durch einen in seinem Radialschnitt in Bezug auf den Gesamtquerschnitt des Ringes dünnen Ringkörper gebildeten Ring, wobei die Grundfläche des Ringkörpers jede beliebige geometrische Form, beispielsweise eine kreisrunde, rechteckige, ovale, elliptische oder polygonale Form, annehmen kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Ringkörper des wenigstens einen ringförmigen Ablenkmittels innen hohl und nach unten offen. Dadurch wird erreicht, dass durch die Umfangsflächen des innen hohlen und nach unten offenen Ringkörpers das dem Reaktor zugeführte Abwasser wirksame umgelenkt wird. Bei dieser Ausführungsform ist die Austrittsöffnung der dem Ablenkmittel zugeordneten Zulaufleitung vorzugsweise in den inneren Hohlraum des Ringkörpers und besonders bevorzugt tangential zu einem gedachten, konzentrisch um die Reaktorlängsachse verlaufenden Kreis orientiert, so dass das aus der Austrittsöffnung der Zulaufleitung austretende Wasser auf die innere Oberfläche des Ringkörpers trifft und dadurch entsprechend umgelenkt wird. Dabei wird eine kreisförmige Umlenkung des dem Reaktor zugeführten Wassers insbesondere dann zuverlässig erreicht, wenn das ringförmige Ablenkmittel senkrecht zu der Reaktorlängsachse und konzentrisch um die Reaktorlängsachse herum angeordnet ist.
Besonders gute Ergebnisse werden zudem erhalten, wenn der Ringkörper des wenigstens einen ringförmigen Ablenkmittels im Radialschnitt umgekehrt v-förmig, umgekehrt u-förmig, rechteckig, trapezförmig oder polygonal ausgestaltet ist. Insbesondere durch die umgekehrt v-förmige und umgekehrt u-förmige Ausgestaltung des Ringkörpers im Radialschnitt wird erreicht, dass sich von oben auf das Ablenkmittel herabfallende Feststoffe nicht auf dem Umfang des Ringkörpers ansammeln können, sondern über die Umfangsfläche des Ringkörpers abrutschen und in dem Reaktor weiter nach unten absinken, bis diese den tiefsten Punkt des Reaktors erreichen.
Alternativ dazu kann der Ringkörper des wenigstens einen ringförmigen Ablenkmittels im Radialschnitt auch kreisförmig ausgestaltet sein, wobei der untere Teil des kreisförmigen Radialschnitts offen ist und an den beiden Öffnungsenden im Radialschnitt jeweils eine von dem Ringkörper weg weisende Schräge angebracht ist, mithin der Ringkörper des wenigstens einen ringförmigen Ablenkmittels einen im Wesentlichen schlüssellochartigen Radialschnitt aufweist. Dadurch wird zum einen erreicht, dass von oben auf das Lenkmittel herabsinkende Feststoffe von der Umfangsfläche des Ringkörpers herabfallen und weiter nach unten in dem Reaktor sinken und andererseits verhindert, dass Feststoffe durch eine Seitenströmung von unten in den Hohlraum des Ringkörpers eindringen und sich dort ablagern können.
Eine andere Alternative ist es, den Ringkörper des wenigstens einen ringförmigen Ablenkmittels im Radialschnitt rautenförmig auszugestalten, wobei der untere Teil des rautenförmigen Radialschnitts offen ist und an einem der beiden Öffnungsenden oder an beiden Öffnungsenden eine Schräge angebracht ist, welche vorzugsweise von dem Ringkörper nach außen führend angeordnet ist. Auch hierdurch wird zuverlässig vermieden, dass sich im Reaktor von oben auf das Ablenkmittel herabfallende Feststoffe auf dem Ablenkmittel ansammeln und dass Feststoffe von unten in den Hohlraum des Ringkörpers des Ablenkmittels eindringen können.
Alternativ dazu kann der Ringkörper des wenigstens einen ringförmigen Ablenkmittels im Radialschnitt auch jede andere bekannte geometrische Form aufweisen, solange durch die Ausgestaltung des Ringkörpers sichergestellt wird, dass keine Feststoffe in den Hohlraum des Ringkörpers eintreten oder sich Feststoffe oben auf der Umfangsfläche des Ringkörpers ansammeln können.
Auch bezüglich der Grundfläche des ringförmigen Ablenkmittels ist die vorliegende Erfindung nicht beschränkt. Besonders gute Ergebnisse werden insbesondere erhalten, wenn das wenigstens eine ringförmige Ablenkmittel eine runde, eine ovale, eine elliptische oder eine polygonale Grundfläche aufweist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zwei identische oder im Wesentlichen gleiche ringförmige Ablenkmittel übereinanderliegend angeordnet. Beispielsweise können zwei ringförmige Ablenkmittel mit jeweils einem umgekehrt v-förmigen Radialschnitt und einer kreisförmigen Grundfläche übereinander liegend angeordnet werden, so dass sich für diesen Aufbau ein Radialschnitt in Form eines "Doppeldachs" ergibt. Bei dieser Ausführungsform ist es auch möglich, einzelne Bereiche der Grundfläche der beiden ringförmigen Ablenkmittel zu verschließen, während die anderen Bereiche der beiden ringförmigen, innen hohlen Ablenkmittel unten offen sind.
Alternativ zu dem wenigstens einen vorgenannten ringförmigen Ablenkmittel oder zusätzlich zu dem wenigstens einen vorgenannten ringförmigen Ablenkmittel kann der erfindungsgemäße Reaktor wenigstens ein innen hohles, haubenförmig ausgestaltetes Ablenkmittel enthalten, wobei das obere Teil der Haube geschlossen und das untere Teil der Haube offen ist. Vorzugsweise ist auch dieses Ablenkmittel senkrecht zur Reaktorlängsachse und konzentrisch um die Reaktorlängsachse herum angeordnet. Allerdings kann das Ablenkmittel auch in der Peripherie des Reaktorquerschnitts angeordnet sein.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen, dass das wenigstens eine haubenförmige Ablenkmittel die Form eines an der Grundfläche offenen, aber an den anderen Flächen geschlossenen Hohlkegels, Hohlkegelstumpfes, Hohlhalbkugel oder Hohlpyramidenstumpfes aufweist. Durch jede der vorgenannten Ausgestaltungen wird erreicht, dass sich von oben aus dem Reaktor herabfallende Feststoffe nicht auf dem haubenförmigen Ablenkmittel absetzen, sondern über die Mantelflächen des Ablenkmittels abrutschen. Zudem wird durch diese Ablenkmittel eine kreisförmige Strömung des dem Reaktor zugeführten Abwassers er reicht. Selbstverständlich können die Deck- und/oder Mantelflächen der vorgenannten Ablenkmittel zur Entlüftung kleine Öffnungen in Form von Löchern oder dergl. aufweisen. Auch solche Öffnungen umfassende Deck- und/oder Mantelflächen der Ablenkmittel werden im Sinne der vorliegenden Erfindung als geschlossene Flächen bezeichnet.
Auch bei dieser Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung nicht auf die geometrische Form der Grundfläche des Hohlkegels, Hohlkegelstumpfes oder des Hohlpyramidenstumpfes beschränkt. Gute Ergebnisse werden insbesondere erhalten, wenn die Grundfläche des Hohlkegels oder des Hohlkegelstumpfes rund, oval oder elliptisch bzw. die Grundfläche des Hohlpyramidenstumpfes polygonal, rechteckig oder quadratisch ist.
Alternativ zu einem ringförmigen und/oder haubenförmigen Ablenkmittel oder zusätzlich zu einem ringförmigen Ablenkmittel und/oder haubenförmigen Ablenkmittel kann der erfindungsgemäße Reaktor wenigstens ein Ablenkmittel aufweisen, welches die Form eines an der Grundfläche und an der Deckfläche offenen, aber an der Mantelfläche geschlossenen Hohlkegelstumpfes oder Hohlpyramidenstumpfes aufweist. Auch bei dieser Ausgestaltung des Ablenkmittels ist dieses vorzugsweise senkrecht zu der Reaktorlängsachse und konzentrisch um die Reaktorlängsachse herum angeordnet. Bei dieser Ausführungsform wird der den Reaktorquerschnitt ausfüllende Querschnitt des Ablenkmittels im Vergleich zu einem auch an der Deckfläche geschlossenen Hohlkegelstumpfes oder Hohlpyramidenstumpfes weiter verringert, so dass der Anteil der ablenkmittelfreien Querschnittsfläche des Reaktors ansteigt. Zudem wird auch bei dieser Ausführungsform ein Absetzen der von oben aus dem Reaktor herabfallenden Feststoffe mit hohem spezifischem Gewicht auf der Deckfläche des Ablenkmittels verhindert. Auch bei dieser Ausführungsform können die Mantelflächen der vorgenannten Ablenkmittel zur Entlüftung kleine Öffnungen in Form von Löchern oder dergl. aufweisen. Zudem kann auch bei dieser Ausführungsform das Ablenkmittel, wenn auch weniger bevorzugt, in der Peripherie des Reaktorquerschnitts angeordnet sein.
Die Anzahl und die Form der Ablenkmittel in dem Reaktor hängen unter anderem von dem Querschnitt des Reaktors und von der Menge des dem Reaktor pro Zeiteinheit zugeführten Abwassers ab. Während bei kleineren Reaktoren bereits ein Ablenkmittel ausreichend sein kann, beträgt die Anzahl der Ablenkmittel bei mittleren und größeren Reaktoren vorzugsweise zwischen zwei und fünf und besonders bevorzugt zwei oder drei. Insbesondere bei für die Reinigung von Abwasser aus der Papierindustrie dimensionierten Reaktoren hat es sich sowohl unter dem Gesichtspunkt der Erzeugung einer kreisförmigen Strömung des dem Reaktor zugeführten Abwassers als auch unter dem Gesichtspunkt des Vermeidens des Absetzens von Feststoffpartikeln auf den Ablenkmitteln als vorteilhaft erwiesen, wenn der Zulaufverteiler ein haubenförmig ausgestaltetes Ablenkmittel oder ein Ablenkmittel in der Form eines an der Grundfläche und an der Deckfläche offenen, aber an der Mantelfläche geschlossenen Hohlkegelstumpfes oder Hohlpyramidenstumpfes aufweist und der Zulaufverteiler zusätzlich wenigstens ein, bevorzugt zwei bis fünf, besonders bevorzugt zwei bis vier und ganz besonders bevorzugt drei, ringförmige Ablenkmittel umfasst, wobei alle der Ablenkmittel oder ein Teil der Ablenkmittel senkrecht zu der Reaktorlängsachse und konzentrisch um die Reaktorlängsachse herum angeordnet sind.
Vorzugsweise sind die oberen Begrenzungen aller in dem Reaktor enthaltenen Ablenkmittel im Wesentlichen jeweils auf derselben Höhe des Reaktors angeordnet.
Um eine gute Verteilung des dem Reaktor zugeführten Abwassers in dem Reaktor und insbesondere um eine effektive Umlenkung des dem Reaktor zugeführten Abwassers in eine kreisförmige Strömung zu erreichen, wird in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, in dem Zulaufverteiler pro Ablenkmittel wenigstens eine Zulaufleitung vorzusehen. Besonders gute Ergebnisse werden nach den Erkenntnissen der vorliegenden Erfindung erhalten, wenn in dem Zulaufverteiler pro Ablenkmittel zwei bis fünf und besonders bevorzugt pro Ablenkmittel zwei bis drei Zulaufleitungen vorgesehen sind, wobei jede Zulaufleitung bevorzugt eine Austrittsöffnung aufweist und diese Austrittsöffnung besonders bevorzugt tangential zu einem gedachten, konzentrisch um die Reaktorlängsachse verlaufenden Kreis orientiert ist.
Eine besonders gute Umlenkung des dem Reaktor zugeführten Abwassers in die gewünschte Strömung wird erreicht, wenn die Austrittsöffnung(en) der Zulaufleitung(en) jeweils in den Hohlraum des/der Ablenkmittel(s) mündet/münden.
Insbesondere wenn der Reaktor mehrere Ablenkmittel enthält, ist eine größere Anzahl an Zulaufleitungen notwendig, um das dem Reaktor zugeführte Abwasser effektiv auf die einzelnen Ablenkmittel zu verteilen. In diesem Fall hat es sich als zweckmäßig erwiesen, eine Zulaufsammelleitung vorzusehen, von der aus die einzelnen Zulaufleitungen zu den Ablenkmitteln führen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Reaktor unterhalb des Zulaufverteilers im Wesentlichen in der Form eines sich nach unten verjüngenden Trichters vorzusehen. Dadurch wird erreicht, dass aus dem oberen Reaktorteil herabsinkende Feststoffe mit hohem spezifischem Ge wicht bis an die Spitze des Trichters herabsinken und dort abgeführt werden können. Hierdurch kann eine Ansammlung von Sedimenten im Bereich des Zulaufverteilers, welcher zu der Bildung von Toträumen und zu einer Reduzierung des effektiven Reaktorquerschnitts führt, zuverlässig vermieden werden. Zudem kann durch die trichterförmige Ausgestaltung des Reaktorunterteils verhindert werden, dass sich das Sediment an den Reaktorwänden ansammelt und dort mechanisch entfernt werden muss. Indem die Sedimente in die Spitze des Trichter absinken, können diese dort über eine angeordnete Abfuhrleitung bei Bedarf einfach aus dem Reaktor abgezogen werden.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen, im unteren Bereich des Trichters eine Zulaufleitung vorzusehen, über die Abwasser und/oder Frischwasser in den unteren, trichterförmigen Reaktorbereich eingeführt werden kann. Dadurch kann bei Bedarf eine Spülung des Reaktorbodens erfolgen. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn Sediment aus dem unteren Reaktorbereich abgezogen wurde, um etwaige an den unteren Reaktorwänden anhaftende Sedimentreste aufzuwirbeln, so dass diese an dem untersten Punkt des Trichters absinken und über die Abfuhrleitung aus dem Reaktor abgezogen werden können.
Um die Mikroorganismenpellets und das in dem Reaktor enthaltene Wasser im Kreislauf führen zu können, weist der Reaktor vorzugsweise eine konzentrisch um die Reaktorlängsachse angeordnete Sinkleitung auf, deren oberes Ende mit dem Gasabscheider verbunden ist und über deren untere Austrittsöffnung in dem Gasabscheider abgetrennte Mikroorganismenpellets und Wasser in den unteren Reaktorbereich zugeführt werden können. Sofern die Austrittsöffnung der Sinkleitung oberhalb der Ablenkmittel mündet hat es sich als zweckmäßig erwiesen, ein ebenfalls konzentrisch um die Reaktorlängsachse angeordnetes haubenförmig ausgestalte tes Ablenkmittel vorzusehen, beispielsweise in Form eines innen hohlen, an der Grundfläche offenen, aber an den anderen Flächen (Mantel- und Deckfläche) geschlossenen Hohlkegels, Hohlkegelstumpfes, Hohlhalbkugel oder Hohlpyramidenstumpfes. Dadurch kann zum einen verhindert werden, dass das unmittelbar oberhalb der Ablenkmittel zurückgeführte Medium die durch den Zulaufverteiler erzeugten Strömungsverhältnisse negativ beeinflusst, und zum anderen verhindert werden, dass durch die Sinkleitung zugeführte Schlammpellets von unten in die Ablenkmittel eintreten.
Wenn die untere Austrittsöffnung der konzentrisch um die Reaktorlängsachse angeordneten Sinkleitung unterhalb der oberen Begrenzung des Zulaufverteilers bzw. der Ablenkmittel mündet, kann anstelle eines haubenförmig ausgestalteten Ablenkmittels auch ein Ablenkmittel in der Form eines an der Grundfläche und der Deckfläche offenen, aber an der Mantelfläche geschlossenen Hohlkegelstumpfes oder Hohlpyramidenstumpfes vorgesehen sein, der ebenfalls konzentrisch um die Reaktorlängsachse angeordnet ist. Alternativ dazu kann im Bereich der Austrittsöffnung der Sinkleitung auch ein konzentrisch um die Reaktorlängsachse angeordnetes, ringförmig ausgestaltetes Ablenkmittel vorgesehen sein.
Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf Reaktoren beschränkt, welche eine konzentrisch um die Reaktorlängsachse angeordnete Sinkleitung aufweisen. Vielmehr kann der erfindungsgemäße Reaktor auch ohne Sinkleitung betrieben werden. Zudem kann die Sinkleitung, bezogen auf den Reaktorquerschnitt, auch an jeder beliebigen Stelle angeordnet sein. Schließlich ist es auch möglich, die Sinkleitung außerhalb des Reaktorbehälters vorzusehen. Beispielsweise kann die Sinkleitung außerhalb des Reaktorbehälters angeordnet sein und an deren unteren Ende in die Sinkleitung eine Zufuhrleitung einmünden, über die der Sinkleitung zu reini gendes Abwasser, Frischwasser oder eine Mischung hiervon zugeführt wird, bevor die Sinkleitung vorzugsweise im Bereich des Zulaufverteilers in den Reaktor führt.
Aufgrund der vorgenannten Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Reaktors ist dieser insbesondere als UASB-Reaktor oder als EGSB-Reaktor geeignet.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur anaeroben Reinigung von Abwasser, wobei einem Reaktor umfassend einen Reaktorbehälter, wenigstens einen am oberen Reaktorbehälter angeordneten Überlauf zum Abführen von gereinigtem Wasser, wenigstens einen Abscheider, wenigstens eine im unteren Bereich des Reaktorbehälters angeordnete Zulaufleitung mit jeweils mindestens einer Austrittsöffnung zur Zuführung von zu reinigendem Abwasser in den Reaktor sowie wenigstens einen Zulaufverteiler zur Vermischung des dem Reaktor zugeführten Abwassers mit dem in dem Reaktor befindlichen Medium, wobei der Zulaufverteiler wenigstens ein Ablenkmittel umfasst, von dem 10 bis 80% des Reaktorquerschnitts ausgefüllt werden, zu reinigendes Abwasser zugeführt wird, wobei die Austrittsöffnung der wenigstens einen Zulaufleitung derart angeordnet ist, das wenigstens eine Ablenkmittel derart ausgestaltet ist und die Geschwindigkeit des zugeführten Abwassers derart eingestellt wird, dass das aus der Austrittsöffnung der wenigstens einen Zulaufleitung austretende Abwasser in dem Zulaufverteiler in eine, vom Reaktorquerschnitt aus gesehen, kreisförmige Strömung umgelenkt wird.
Besonders gute Ergebnisse werden insbesondere erhalten, wenn das erfindungsgemäße Verfahren in einem zuvor beschriebenen Reaktor durchgeführt wird.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Längsschnittsansicht eines Reaktors zur anaeroben Reinigung von Abwasser gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,
2 eine perspektivische Ansicht eines in dem erfindungsgemäßen Reaktor enthaltenden Zulaufverteilers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
3 schematische perspektivische, Radialschnittansichten von in dem Zulaufverteiler des erfindungsgemäßen Reaktors einsetzbaren ringförmigen Ablenkmitteln gemäß fünf verschiedenen Ausführungsbeispielen (3a–3e),
4 eine Draufsicht auf ein in dem Zulaufverteiler des erfindungsgemäßen Reaktors einsetzbaren, teilringartigen Ablenkmittels,
5 einen schematischen Radialschnitt eines haubenförmig, konzentrisch um eine Sinkleitung angeordneten Ablenkmittels sowie
6 einen schematischen Radialschnitt eines ringförmigen, konzentrisch um eine Sinkleitung angeordneten Ablenkmittels.
Der in der 1 schematisch im Längsschnitt dargestellte Bioreaktor 10 umfasst einen Reaktorbehälter 12, der in seinem mittleren und oberen Teil zylindrisch ausgestaltet ist und sich in seinem unteren Teil 14 trichterförmig verjüngt. In dem Bereich des Übergangs zwischen dem hohlzylindrischen Reaktorbehälterteil und dem unteren, sich nach unten konisch verjüngenden Reaktorbehälterteil 14 befindet sich ein Zulaufverteiler 16, der aus zwei ringförmigen Ablenkmitteln 18, 18', deren Ringkörper einen umgekehrt v-förmigen Radialschnitt aufweisen und innen hohl sind, sowie einem haubenförmigen Ablenkmittel 20 besteht. Der Zulaufverteiler 16 kann aber auch unterhalb des Übergangs zwischen dem hohlzylindrischen Reaktorbehälterteil und dem unteren, sich nach unten konisch verjüngenden Reaktorbehälterteil 14, d. h. in dem konischen Reaktorbehälterteil 14, angeordnet sein und bspw. über Halterungen an dem konischen Reaktorbehälterteil 14 befestigt sein.
Im mittleren und oberen Reaktorbehälter 12 befinden sich zwei Abscheider 22, 24, welche jeweils mehrere Gashauben 26 aufweisen. In der Praxis besteht jeder der Abscheider aus mehreren Lagen an Gashauben; in der vorliegenden 1 ist jedoch aus Einfachheitsgründen pro Abscheider jeweils nur eine Lage Gashauben dargestellt. Alternativ dazu kann der Reaktor anstelle von zwei verschiedenen Abscheidern 22, 24 auch nur einen Abscheider umfassen. Oberhalb des oberen Abscheiders 24 befinden sich Überläufe 28, 28', über welche das gereinigte Wasser aus dem Reaktor abgezogen wird.
Auf dem Reaktor ist eine Gastrenneinrichtung 30 angeordnet, die mit den beiden Abscheidern 22, 24 über die Leitungen 32, 32' verbunden ist. Zudem führt von dem Boden der Gastrenneinrichtung 30 eine Sinkleitung 34 in den unteren Teil des Reaktors 10, welche in der Höhe des Zulaufvertei lers 16 endet. In der dargestellten Ausführungsform mündet die Sinkleitung 34 in das haubenförmige Ablenkmittel 20.
Des weiteren befindet sich im unteren Teil des Reaktors 10, nämlich im unteren Teil des sich trichterförmig nach unten verjüngenden Reaktorbehälterteils 14, eine Abfuhrleitung 36 sowie eine Zufuhrleitung 38, wobei über die Abfuhrleitung 36 Feststoffe bzw. eine Suspension aus Feststoff und Flüssigkeit aus dem Reaktor 10 abgezogen werden können und über die Zufuhrleitung 38 Flüssigkeit zum Spülen des unteren Reaktorbehälterteils 14 eingeführt werden kann. Schließlich sind in dem Reaktor 10 mehrere Zulaufleitungen 40, 40' vorgesehen, die zu den einzelnen zu den einzelnen Ablenkmitteln 18, 18', 20 führen, von denen der Übersicht halber in der 1 nur einige dargestellt sind.
Beim Betrieb des Reaktors wird über die Zulaufleitungen 40, 40' zu reinigendes Abwasser in die Hohlräume der Ablenkmittel 18, 18', 20 eingebracht und über die Ablenkmittel 18, 18', 20 in eine, bezogen auf den Reaktorquerschnitt, kreisförmige Bewegung versetzt. Dadurch kommt es zu einer innigen Vermischung zwischen dem zugeführten Abwasser und dem in dem Reaktor befindlichen Medium, welches aus bereits teilweise gereinigtem Abwasser, Mikroorganismenpellets, welche in der 1 durch kleine Punkte angedeutet sind, und kleinen Gasbläschen besteht. Das eingeführte Abwasser strömt von dem Zulaufverteiler 16 in dem Reaktorbehälter 12 langsam aufwärts, bis es in die mikroorganismenhaltige Schlammpellets enthaltende Fermentationszone gelangt. Die in den Pellets enthaltenen Mikroorganismen zersetzen die in dem Abwasser enthaltenen organischen Verunreinigungen hauptsächlich zu Methan- und Kohlendioxidgas. Durch die erzeugten Gase entstehen Gasbläschen, von denen sich die größeren von den Pellets ablösen und in Form von Gasblasen durch das Medium perlen, wohingegen kleine Gasbläschen an den Schlammpellets haften bleiben. Diejenigen Pellets, an denen kleine Gasbläschen anhaften und welche daher ein geringeres spezifisches Gewicht als die anderen Pellets und das Wasser aufweisen, steigen in dem Reaktorbehälter 12 auf, bis sie den unteren Abscheider 22 erreichen.
Die freien Gasbläschen fangen sich in den Gashauben 26 und bilden unter dem First der Gashauben 26 ein Gaspolster. Direkt unterhalb des Gaspolsters bildet sich eine Flotationsschicht bestehend aus Mikroorganismenpellets mit daran anhaftenden kleinen Gasbläschen. Das in den Gashauben 26 gesammelte Gas sowie Pellets und Wasser aus der Flotationsschicht werden beispielsweise über eine in der Stirnseite der Gashauben vorhandene Öffnung (nicht dargestellt) aus den Gashauben abgeführt, gegebenenfalls über eine Mischkammer (nicht dargestellt) miteinander vermischt und über eine Leitung 32 in die Gastrenneinrichtung 30 geführt.
Das Wasser, die aufsteigenden Mikroorganismenpellets und die Gasblasen, die nicht bereits in dem unteren Abscheider 22 abgetrennt wurden, steigen in dem Reaktorbehälter 12 weiter nach oben bis zu dem oberen Abscheider 24. Aufgrund der Abnahme des hydrostatischen Drucks zwischen dem unteren Abscheider 22 und dem oberen Abscheider 24 lösen sich die letzten kleinen Gasbläschen von den in den oberen Abscheider 24 gelangten Mikroorganismenpellets ab, so dass das spezifische Gewicht der Pellets wieder zunimmt und die Pellets nach unten sinken. Die restlichen Gasblasen werden in den Gashauben 26 des oberen Abscheiders 24 aufgefangen und wiederum an den Stirnseiten der einzelnen Gashauben 26 in eine Gassammelleitung überführt, von der das Gas über die Leitung 32' in den Gasseparator 30 geführt wird. Das nunmehr gereinigte Wasser steigt von dem oberen Abscheider 24 weiter nach oben, bis es über die Überläufe 28 aus dem Reaktor abgezogen und durch eine Wasserabfuhrleitung (nicht dargestellt) abgeleitet wird.
In dem Gasseparator trennt sich das Gas von dem restlichen Wasser und den Mikroorganismenpellets, wobei die Suspension aus Pellets und dem Abwasser über die Sinkleitung 34 in den Reaktorbehälter 12 rezirkuliert wird. Dabei mündet die Austrittsöffnung der Sinkleitung 34 in das haubenartige Ablenkmittel 20, wo die rückgeführte Suspension aus Pellets und Abwasser mit dem dem Reaktor 10 über die Zulaufleitungen 40, 40' zugeführten Abwasser vermischt und in eine kreisförmige Strömung versetzt wird, wonach der Kreislauf von neuem beginnt.
Je nach Ursprung des dem Reaktor 10 über die Zulaufleitungen 40 zugeführten Abwassers enthält das Abwasser mehr oder weniger Feststoffe. Abwasser aus der Papierindustrie beispielsweise enthält signifikante Konzentrationen an festen Füllmaterialien und Kalk. Nachdem das feststoffhaltige Abwasser über die Zulaufleitungen 40, 40' in die Hohlräume der Ablenkmittel 18, 18', 20 eingeführt wurde, wird dieses über die Ablenkmittel 18, 18', 20 in eine bezogen auf den Querschnitt des Reaktors 10 kreisförmige Strömung überführt und steigt, nachdem dies die Ablenkmittel 18, 18', 20 verlassen hat, über die ablenkmittelfreien Bereiche des Zulaufverteilers 16 nach oben in den zylinderförmigen Reaktorbehälterteil. Der Anteil der in dem Abwasser enthaltenen Feststoffe, der ein Mindestmaß an spezifischer Dichte übersteigt, sinkt bereits in den Hohlräumen des Ablenkmittels oder nach deren Verlassen in den unteren, sich trichterförmig nach unten verjüngenden Reaktorbehälterteil 14 ab und sammelt sich in der unteren Spitze des Trichters 14. Ferner kristallisiert ein Teil des in dem Abwasser enthaltenden Kalkes, nachdem das Abwasser in die Schlammbettzone aufgestiegen ist, an den Schlammpellets aus, welche insoweit als Kristallisationszentren wirken. Dadurch übersteigt ein Teil der Schlammpellets eine kritische spezifische Dichte und sinkt infolge dessen aus dem Schlammbett ab und sammelt sich ebenfalls an der unte ren Spitze des sich trichterförmig nach unten verjüngenden Reaktorbehälterteils 14. Aufgrund der Geometrie der Ablenkmittel 18, 18', 20, wobei die ringförmigen Ablenkmittel 18 einen umgekehrt v-förmigen Radialschnitt und das haubenförmige Ablenkmittel 20 einen halbkugelförmigen Radialschnitt aufweist, wird sichergestellt, dass die schweren von oben nach unten sinkenden Pellets sich nicht auf den Ablenkmitteln ablagern, sondern von dem Umfang der Ablenkmittel 18, 20 abrutschen und sich ebenfalls in der unteren Spitze des sich trichterförmig von oben nach unten verjüngenden Reaktorbehälterteils 14 ansammeln. Über die Abfuhrleitung 36 kann das sich an der unteren Spitze des Reaktors 10 sammelnde Sediment je nach Bedarf kontinuierlich oder chargenweise aus dem Reaktor 10 abgezogen werden. Zudem kann über die Zufuhrleitung 38 ebenfalls nach Bedarf kontinuierlich oder chargenweise Wasser in den unteren, trichterförmigen Reaktorbehälterteil 14 eingeführt werden, um etwaige an den Wandungen des trichterförmigen Reaktorbehälterteils 14 anhaftende Sedimente aufzuwirbeln, infolge dessen diese Sedimente ebenfalls über die Abfuhrleitungen 36 aus dem Reaktor 10 abgezogen werden können. Bei dem dem Reaktor 10 über die Zufuhrleitung 38 zugeführten Wasser kann es sich um zu reinigendes Abwasser, rezirkuliertes Abwasser aus dem Reaktor, Frischwasser oder eine Mischung hiervon handeln.
In der 2 ist ein Zulaufverteiler 16, der im Wesentlichen dem in der 1 dargestellten entspricht, sowie der untere, sich trichterförmig nach unten verjüngende Reaktorbehälterteil 14 in perspektivischer Ansicht dargestellt. Der Zulaufverteiler 16 umfasst zwei ringförmige Ablenkmittel 18, 18', welche konzentrisch um die Reaktorlängsachse angeordnet sind. Die Ringkörper beider Ablenkmittel 18, 18' weisen einen umgekehrt v-förmigen Radialschnitt auf, wobei die Ringkörper innen hohl und nach unten offen sind, wie dies insbesondere aus der 3a, in der ein Radialschnitt des Ringkörpers des Ablenkmittels 18 perspektivisch dargestellt ist, ersichtlich ist. Zudem umfasst der Zulaufverteiler 16 ein haubenförmiges, konzentrisch um die Reaktorlängsachse angeordnetes Ablenkmittel 20, welches in seinem unteren Teil einen Hohlkegelstumpfabschnitt 42 und in seinem oberen Teil einen hohlkugelförmigen Abschnitt 44 umfasst. Auch das haubenförmige Ablenkmittel 20 ist innen hohl und nach unten, d. h. an der Grundfläche des Hohlkegelstumpfes 42, offen.
Der Zulaufverteiler 16 befindet sich an dem Übergang zwischen dem zylinderförmig ausgestalteten Reaktorbehälter 12 (nicht dargestellt) und dem sich nach unten verjüngenden trichterförmigen Reaktorbehälterteil 14. Über die Zulaufleitungen 40, 40, 40'', 40''', 40'''' wird jeweils zu reinigendes Abwasser in den Hohlraum der einzelnen Ablenkmittel 18, 18' und 20 eingeführt. Sämtliche Zulaufleitungen 40, 40', 40'', 40''', 40'''' entspringen einer zentralen Zulaufsammelleitung 46, welche kreisringförmig ausgestaltet ist und konzentrisch um den Zulaufverteiler 16 herum angeordnet ist.
Wie zudem aus der 2 ersichtlich, führt die konzentrisch um die Reaktorlängsachse angeordnete, von der Gastrenneinrichtung 30 kommende Sinkleitung 34 in das haubenförmige Ablenkmittel 20, wobei die Austrittsöffnung der Sinkleitung 34, wie auch in der 5 dargestellt, knapp unterhalb der oberen Begrenzung des Ablenkmittels 20 mündet. Wie bereits dargelegt, wird über die Sinkleitung 34 während des Reaktorbetriebs eine Suspension aus Abwasser und Mikroorganismenpellets in den Bereich des Zulaufverteilers 16 zurückgeführt. Um eine Verstopfung der Sinkleitung 34 beispielsweise infolge einer hohen Konzentration von Pellets in der Suspension oder infolge eines Druckabfalls in der Sinkleitung 34 zu verhindern, kann eine weitere Zulaufleitung (nicht dargestellt) oberhalb der oberen Begrenzung des haubenförmigen Ablenkmittels 20 in die Sinkleitung 34 münden, um an der Mündungsstelle in der Sinkleitung 34 eine turbulente Strömung zu erzeugen, durch welche etwaige Verstopfungen oder Pelletagglomerate aufgrund von Scherkräften beseitigt werden.
In den 3a bis 3e sind fünf verschiedene Ausführungsbeispiele für Ringkörper des bzw. der ringförmigen Ablenkmittel 18, 18' im Radialschnitt dargestellt. Danach kann der Ringkörper des Ablenkmittels 18, 18' einen umgekehrt v-förmigen Radialschnitt (3a), einen umgekehrt u-förmigen Radialschnitt (3b), einen rechteckigen Radialschnitt (3c), einen schlüssellochartigen Radialschnitt (3d) oder einen rautenförmigen Radialschnitt, wobei eine, nämlich die nach außen gerichtete Flanke der Raute, lang gezogen ist (3e), aufweisen. In allen diesen Ausführungsbeispielen ist der Ringkörper des ringförmigen Ablenkmittels 18, 18' innen hohl und nach unten offen. Der Vorteil der Ausführungsformen gemäß den 3d und 3e besteht darin, dass die untere Öffnung der Ringkörper durch zwei Schrägen 48, 48' (3d) oder durch eine Schräge 48'' (3e) flankiert ist, so dass ein Eindringen von Feststoffpartikeln von außen in den Hohlraum der Ringkörper verhindert werden kann.
In den fünf in den 3a bis 3e dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Ringkörper über den gesamten Umfang des Ringkörpers nach unten offen. Alternativ dazu, wenn auch weniger bevorzugt, ist es möglich, Teilabschnitte des Ringkörpers nach unten offen auszugestalten und andere Teilabschnitte desselben Ringkörpers unten zu verschließen.
Alternativ dazu, wenn auch weniger bevorzugt, ist es ebenfalls möglich, anstelle von Vollringen ringförmige Ablenkmittel 18'' vorzusehen, welche, wie in der 4 dargestellt, Teilringe sind, in denen zwischen den einzelnen Ringkörperabschnitten 50, 50', 50'', 50''' ablenkmittelfreie Bereiche vorgesehen sind.
In der 5 ist der den unteren Teil der Sinkleitung 34 und das haubenförmige Ablenkmittel 20 umfassende Teil eines Zulaufverteilers 16 im schematischen Radialschnitt dargestellt, der dem in der 2 dargestellten Zulaufverteiler 16 entspricht ausgenommen, dass das haubenförmige Ablenkmittel 20 in dessen oberen Teil anstelle eines hohlkugelförmigen Abschnitts einen hohlkegelförmigen Abschnitt aufweist. Beim Betrieb des Reaktors 10 wird über die Zulaufleitungen 40, 40' zu reinigendes Abwasser in den Hohlraum des haubenförmigen Ablenkmittels 20 eingeführt. Ferner gelangt über die Sinkleitung 34 eine Suspension an rezirkuliertem Abwasser und Mikroorganismenpellets in den Hohlraum des haubenförmigen Ablenkmittels 20. Die Strömungswege an den Austrittsöffnungen der Zulaufleitungen 40, 40' und der Sinkleitung 34 sind in der 5 durch Pfeile angedeutet. Durch die Strömungsverhältnisse entsteht in dem Hohlraum des haubenförmigen Ablenkmittels 20 eine Mischzone, welche in der 5 durch den gepunkteten Kreis angedeutet ist, in der aus der Sinkleitung 34 austretende Suspension aus Abwasser und Mikroorganismenpellets mit dem über die Zulaufleitungen 40, 40' zugeführten, zu reinigendem Abwasser innig miteinander vermischt wird.
In der 6 ist eine alternative Ausführungsform zu dem Ausführungsbeispiel der 5 dargestellt. Bei dem in der 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein ringförmiges Ablenkmittel 18 mit einem umgekehrt v-förmigen Radialschnitt konzentrisch um die Sinkleitung 34 herum angeordnet. Die Austrittsöffnung der Sinkleitung 34 befindet sich in etwa auf Höhe des unteren Endes des Ringkörpers. Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind die Strömungsverhältnisse des durch die Sinkleitung 34 zugeführten Abwassers und der zurückgeführten Pellets sowie des durch das ringförmige Ablenkmittel 18 umgelenkten, zu reinigenden Abwassers durch Pfeile angedeutet. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel entsteht eine in der 6 punktförmig angedeutete Mischzone, in der das über die Zulaufleitungen 40 (nicht dargestellt) zugeführte Abwasser sowie das über die Sinkleitung 34 rezirkulierte Abwasser sowie die Pellets innig miteinander vermischt werden.

10: (Bio)reaktor
12: Reaktorbehälter
14: unterer, trichterförmiger Reaktorbehälterteil
16: Zulaufverteiler
18, 18', 18'': ringförmiges Ablenkmittel
20: haubenförmiges Ablenkmittel
22: unterer Abscheider
24: oberer Abscheider
26: Gashaube
28, 28': Überlauf
30: Gastrenneinrichtung
32, 32': Leitung
34: Sinkleitung
36: Abfuhrleitung
38: Zufuhrleitung
40, 40', 40'', 40''', 40'''': Zulaufleitung zum Ablenkmittel
42: Hohlkegelstumpfabschnitt des haubenförmigen Ablenkmittels
44: hohlkugelförmiger Abschnitt des haubenförmigen Ablenkmittels
46: Zulaufsammelleitung
48, 48', 48'': Schräge
50, 50', 50'', 50''': Ringkörperabschnitt

Claims

Reaktor (10) zur anaeroben Reinigung von Abwasser umfassend einen Reaktorbehälter (12), wenigstens eine im unteren Bereich des Reaktorbehälters (12) angeordnete Zulaufleitung (40, 40', 40'', 40''', 40'''') mit jeweils mindestens einer Austrittsöffnung zur Zuführung von zu reinigendem Abwasser in den Reaktor (10), wenigstens einen Zulaufverteiler (16) zur Vermischung des dem Reaktor (10) zugeführten Abwassers mit dem in dem Reaktor (10) befindlichen Medium, wenigstens einen am oberen Reaktorbehälter (12) angeordneten Überlauf (28, 28') zum Abführen von gereinigtem Wassers sowie wenigstens einen Abscheider (22, 24), dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufverteiler (16) wenigstens ein Ablenkmittel (18, 18', 18'', 20) umfasst, wobei das wenigstens eine Ablenkmittel (18, 18', 18'', 20) derart ausgestaltet ist, dass aus der Austrittsöffnung der wenigstens einen Zulaufleitung (40, 40', 40'', 40''', 40'''') austretendes Abwasser in eine, vom Reaktorquerschnitt aus gesehen, kreisförmige Strömung umgelenkt wird, und wobei 10 bis 80% des Reaktorquerschnitts von dem wenigstens einen Ablenkmittel (18, 18', 18'', 20) ausgefüllt werden.
Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 20 bis 70% des Reaktorquerschnitts von dem wenigstens einen Ablenkmittel (18, 18', 18'', 20) ausgefüllt werden.
Reaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass 30 bis 60% des Reaktorquerschnitts von dem wenigstens einen Ablenkmittel (18, 18', 18'', 20) ausgefüllt werden.
Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufverteiler (16) wenigstens 2 Ablenkmittel (18, 18', 18'', 20) umfasst.
Reaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufverteiler (16) 2 bis 5 Ablenkmittel (18, 18', 18'', 20) umfasst.
Reaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufverteiler (16) 2 bis 3 Ablenkmittel (18, 18', 18'', 20) umfasst.
Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Ablenkmittel (18, 18', 18'') ringförmig ausgestaltet ist.
Reaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das der Ringkörper des wenigstens einen ringförmigen Ablenkmittels (18, 18', 18'') innen hohl und nach unten offen ist.
Reaktor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine ringförmige Ablenkmittel (18, 18', 18'') senkrecht zu der Reaktorlängsachse und konzentrisch um die Reaktorlängsachse herum angeordnet ist.
Reaktor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper des wenigstens einen ringförmigen Ablenkmittels (18, 18', 18'') im Radialschnitt umgekehrt v-förmig, umgekehrt u-förmig, rechteckig, trapezförmig oder polygonal ausgestaltet ist.
Reaktor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper des wenigstens einen ringförmigen Ablenkmittels (18, 18', 18'') im Radialschnitt kreisförmig ausgestaltet ist, wobei der untere Teil des kreisförmigen Radialschnitts offen ist und an den beiden Öffnungsenden jeweils eine von dem Ringkörper wegweisende Schräge (48, 48') angebracht ist.
Reaktor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper des wenigstens einen ringförmigen Ablenkmittels (18, 18', 18'') im Radialschnitt rautenförmig ausgestaltet ist, wobei der untere Teil des rautenförmigen Radialschnitts offen ist und an einer der beiden Öffnungsenden eine Schräge (48'') angebracht ist.
Reaktor nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine ringförmige Ablenkmittel (18, 18', 18'') eine runde, ovale, elliptische oder polygonale Grundfläche aufweist.
Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Ablenkmittel (20) haubenförmig ausgestaltet ist, wobei das obere Teil der Haube geschlossen und das untere Teil der Haube offen ist, wobei das Ablenkmittel (20) senkrecht zu der Reaktorlängsachse und konzentrisch um die Reaktorlängsachse herum angeordnet ist.
Reaktor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine haubenförmige Ablenkmittel (20) die Form eines an der Grundfläche offenen, aber an den anderen Flächen geschlossenen Hohlkegels, Hohlkegelstumpfes, Hohlhalbkugel oder Hohlpyramidenstumpfes aufweist.
Reaktor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche des Hohlkegels oder Hohlkegelstumpfes rund, oval oder elliptisch oder die Grundfläche des Hohlpyramidenstumpfes polygonal, rechteckig oder quadratisch ist.
Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Ablenkmittel (20) die Form eines an der Grundfläche und an der Deckfläche offenen, aber an der Mantelfläche geschlossenen Hohlkegelstumpfes oder Hohlpyramidenstumpfes aufweist, wobei das Ablenkmittel (20) senkrecht zu der Reaktor längsachse und konzentrisch um die Reaktorlängsachse herum angeordnet ist.
Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufverteiler (16) ein haubenförmig ausgestaltetes Ablenkmittel (20) oder ein Ablenkmittel in der Form eines an der Grundfläche und der Deckfläche offenen, aber an der Mantelfläche geschlossenen Hohlkegelstumpfes oder Hohlpyramidenstumpfes aufweist und der Zulaufverteiler (16) zusätzlich wenigstens ein ringförmiges Ablenkmittel (18, 18', 18'') umfasst, wobei das wenigstens eine Ablenkmittel (18, 18', 18'', 20) senkrecht zu der Reaktorlängsachse und konzentrisch um die Reaktorlängsachse herum angeordnet ist.
Reaktor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufverteiler (16) ein haubenförmig ausgestaltetes Ablenkmittel (20) oder ein Ablenkmittel in der Form eines an der Grundfläche und der Deckfläche offenen, aber an der Mantelfläche geschlossenen Hohlkegelstumpfes oder Hohlpyramidenstumpfes aufweist und der Zulaufverteiler (16) zusätzlich 2 bis 5 ringförmige Ablenkmittel (18, 18', 18'') umfasst, wobei die Ablenkmittel (18, 18', 18'', 20) senkrecht zu der Reaktorlängsachse und konzentrisch um die Reaktorlängsachse herum angeordnet sind.
Reaktor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufverteiler (16) ein haubenförmig ausgestaltetes Ablenkmittel (20) oder ein Ablenkmittel in der Form eines an der Grundfläche und der Deckfläche offenen, aber an der Mantelfläche geschlosse nen Hohlkegelstumpfes oder Hohlpyramidenstumpfes aufweist und der Zulaufverteiler (16) zusätzlich 2 bis 4 ringförmige Ablenkmittel (18, 18', 18'') umfasst, wobei die Ablenkmittel (18, 18', 18'', 20) senkrecht zu der Reaktorlängsachse und konzentrisch um die Reaktorlängsachse herum angeordnet sind.
Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufverteiler (16) pro Ablenkmittel (18, 18', 18'', 20) wenigstens eine Zulaufleitung (40, 40', 40'', 40''', 40'''') mit jeweils einer Austrittsöffnung aufweist und die wenigstens eine Austrittsöffnung tangential zu einem gedachten, konzentrisch um die Reaktorlängsachse verlaufenden Kreis orientiert sind.
Reaktor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufverteiler (16) pro Ablenkmittel (18, 18', 18'', 20) 2 bis 5 Zulaufleitungen (40, 40', 40'', 40''', 40'''') mit jeweils einer Austrittsöffnung aufweist und die Austrittsöffnungen tangential zu einem gedachten, konzentrisch um die Reaktorlängsachse verlaufenden Kreis orientiert sind.
Reaktor nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufverteiler (16) pro Ablenkmittel (18, 18', 18'', 20) 2 bis 3 Zulaufleitungen (40, 40', 40'', 40''', 40'''') mit jeweils einer Austrittsöffnung aufweist und die Austrittsöffnungen tangential zu einem gedachten, konzentrisch um die Reaktorlängsachse verlaufenden Kreis orientiert sind.
Reaktor nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen der Zulaufleitungen (40, 40', 40'', 40''', 40'''') jeweils in den Hohlraum eines Ablenkmittels (18, 18', 18'', 20) münden.
Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufverteiler (16) eine Zulaufsammelleitung (46) aufweist, von der die einzelnen Zulaufleitungen (40, 40', 40'', 40''', 40'''') zu den Ablenkmitteln (18, 18', 18'', 20) führen.
Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (10) unterhalb des Zulaufverteilers (16) im Wesentlichen die Form eines sich nach unten verjüngenden Trichters (14) aufweist.
Reaktor nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass am unteren Ende des Trichters (14) eine Abfuhrleitung (36) angeordnet ist.
Reaktor nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Bereich des Trichters eine Zulaufleitung (38) zur Spülung des Reaktorbodens angeordnet ist.
Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine konzentrisch um die Reaktorlängsachse angeordnete Sinkleitung (34) aufweist, deren untere Austrittsöffnung oberhalb der oberen Begrenzung eines haubenförmig ausgestalteten, konzentrisch um die Reaktorlängsachse angeordneten Ablenkmittels (20) angeordnet ist.
Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine konzentrisch um die Reaktorlängsachse angeordnete Sinkleitung (34) aufweist, deren untere Austrittsöffnung unterhalb der oberen Begrenzung eines haubenförmig ausgestalteten oder eines in der Form eines an der Grundfläche und der Deckfläche offenen, aber an der Mantelfläche geschlossenen Hohlkegelstumpfes oder Hohlpyramidenstumpfes ausgestalteten, konzentrisch um die Reaktorlängsachse angeordneten Ablenkmittels (20) oder unterhalb deren oberen Begrenzung eines ringförmig ausgestalteten, konzentrisch um die Reaktorlängsachse angeordneten Ablenkmittels (18, 18', 18'') angeordnet ist.
Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein UASB-Reaktor oder ein EGSB-Reaktor ist.
Verfahren zur anaeroben Reinigung von Abwasser, wobei einem Reaktor (10) umfassend einen Reaktorbehälter (12), wenigstens einen am oberen Reaktorbehälter (12) angeordneten Überlauf (28, 28') zum Abführen von gereinigtem Wasser, wenigstens einen Abscheider (22, 24), wenigstens eine im unteren Bereich des Reaktorbehälters (12) angeordnete Zulaufleitung (40, 40', 40'', 40''', 40'''') mit jeweils mindestens einer Austrittsöffnung zur Zuführung von zu rei nigendem Abwasser in den Reaktor (10) sowie wenigstens einen Zulaufverteiler (16) zur Vermischung des dem Reaktor (10) zugeführten Abwassers mit dem in dem Reaktor (10) befindlichen Medium, wobei der Zulaufverteiler (16) wenigstens ein Ablenkmittel (18, 18', 18'', 20) umfasst, von dem 10 bis 80% des Reaktorquerschnitts ausgefüllt werden, zu reinigendes Abwasser zugeführt wird, wobei die Austrittsöffnung der wenigstens einen Zulaufleitung (40, 40', 40'', 40''', 40'''') derart angeordnet ist, das wenigstens eine Ablenkmittel (18, 18', 18'', 20) derart ausgestaltet ist und die Geschwindigkeit des zugeführten Abwassers derart eingestellt wird, dass das aus der Austrittsöffnung der wenigstens einen Zulaufleitung (40, 40', 40'', 40''', 40'''') austretende Abwasser in dem Zulaufverteiler (16) in eine, vom Reaktorquerschnitt aus gesehen, kreisförmige Strömung umgelenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass dieses in einem Reaktor (10) nach einem der Patentansprüche 2 bis 31 durchgeführt wird.